TURBOŞARJLI ÖN YANMA ODALI BİR DİZEL MOTORUNDA ETANOL FUMİGASYONUNUN DENEYSEL İNCELENMESİ

Transkript

1 Yıl: 2009, Cilt:2, Sayı:4, Sayfa: TÜBAV BİLİM DERGİSİ TURBOŞARJLI ÖN YANMA ODALI BİR DİZEL MOTORUNDA ETANOL FUMİGASYONUNUN DENEYSEL İNCELENMESİ Zehra ŞAHİN 1, Orhan DURGUN 2, Mustafa KURT 3 1 Karaeniz Teknik Üniversitesi, Sürmene Deniz Bil. Fak., Gemi İnşaatı ve Gemi Mak. Müh. Böl., Trabzon 2 Karaeniz Teknik Üniversitesi, Mühenislik Fak. Makine Müh. Böl., Trabzon 3 KTU KOSGEB Teknoloji Geliştirme Merkezi Özet Sunulan çalışmaa turboşarjlı ön yanma oalı bir izel motoruna; etanol fumigasyonunun motor karakteristikleri ve eksoz emisyonları üzerineki etkileri, 1/1, 3/4 ve 1/2 gaz gibi üç farklı gaz kolu konumuna ve eğişik evir sayılarına eneysel olarak incelenmiştir. Bu eneysel çalışma sonuna; etanol fumigasyonu ile NO konsantrasyonunun seçilen gaz kolu konumlarına ve evir sayılarına saf izel yakıtına göre azalığı, ayrıca 1/1 ve 3/4 gaz kolu konumlarına efektif gücün ve efektif verimin arttığı belirlenmiştir. ÖYT nin ise bu gaz kolu konumlarına; % (6-10) etanol fumigasyonu oranları için azalığı veya izel yakıtına yakın eğerler alığı görülmüştür. Buna karşın 1/2 gaz kolu konumuna etanol fumigasyonu ile, bir karbüratör ana meme açıklığı ayarı ışına efektif gücün ve efektif verimin azalığı ve ÖYT nin arttığı belirlenmiştir. Etanol fumigasyonunun uygulanması ile; eksoz sıcaklığı 1/1 ve 3/4 gaz kolu konumlarına artmış, 1/2 gaz kolu konumuna ise azalmıştır. Yağlama yağı sıcaklığı ise; genel olarak azalma eğilimi göstermiştir. Etanol fumigasyonu ile silinir basıncının; yanma işlemi başlangıcına arttığı, yanmanın aha sonraki evrelerine azalığı ve genişlemenin sonlarına oğru ise yenien artma eğilimi gösteriği belirlenmiştir. Anahtar Kelimeler: Ön yanma oalı izel motoru, etanol fumigasyonu, NO konsantrasyonu EXPERIMENTAL INVESTIGATION OF ETHANOL FUMIGATION IN A TURBOCHARGED IDI DIESEL ENGINE Abstract In the present stuy the effects of ethanol fumigation on engine performance an combustion characteristics an NO concentration were investigate experimentally at three ifferent gas positions such as 1/1, 3/4 an 1/2 throttle an at various engine spees in a turbocharge IDI iesel engine. It is etermine that; NO concentration is lower than that of iesel fuel for ethanol fumigation at all of the selecte gas throttle positions an engine spees. Effective power an effective efficiency increase with ethanol fumigation at 1/1 an 3/4 gas throttle positions. Brake specific fuel consumption ecreases at (6-10) % ethanol ratios or it is near to iesel fuel. However effective power an effective efficiency ecrease an brake specific fuel consumption increases with increasing ethanol fumigation. In spite of this, at 1/2 gas throttle position, except from one carburetor main jet opening ajustment effective power an effective efficiency ecrease an specific fuel consumption increases. Exhaust gas temperature increases at 1/1 an 3/4 gas throttle positions but it ecreases at 1/2 gas throttle position with increasing ethanol fumigation. Oil temperature shows generally ecreasing tenency at all of the gas throttle positions. It was etermine that cyliner gas pressure increase at the beginning of the combustion process an ecrease uring the last phase of combustion an it showe again an increasing tenency at the en of the expansion process. Key Wors: Prechamber iesel engine, ethanol fumigation, NO concentration E-posta: zsahin@ktu.eu.tr

2 Semboller: b e : Özgül yakıt tüketimi [kg/kwh] h min : 1 kg yakıtı yakmak için gerekli teorik havanın kütlesi [kg hava/kg yakıt] H u : Yakıtın alt ısıl eğeri [kj/kg] KA : Krank mili açısı m : yakıtının kütlesi [gr] m e : Etonalün kütlesi[gr] M : Dönürme moment [Nm] n : N e : Efektif güç [kw] NO : Azot oksit [ppm] O 2 : Oksijen [%] ÖYT : Özgül yakı tüketimi [kg/kwh] p : Basınç [bar] p 0 : Ortam basıncı [mmhg] T 0 : Ortam sıcaklığı [ 0 C] ÜÖN : Üst ölü nokta x : yakıtının hacimsel oranı x e : Etanolün yakıtının hacimsel oranı x nem : Nem üzeltme katsayısı ρ e : Etanolün yoğunluğu [kg/m 3 ] ρ : yakıtının yoğunluğu [kg/m 3 ] e : Efektif verim ω : Açısal hız (ra/s) Δt : Belirli miktaraki izel yakıtının tüketilme süresi [s] 1. Giriş motorları termik verimleri yaklaşık % 40 üzeylerine kaar ulaşabilen en verimli termik makinelerir. motorlarının verimini aha a artırmak ve aynı zamana çevre kirliliğini azaltmak amaçları ile eğişik çalışmalar yapılmaktaır. Yanma işleminin iyileştirilmesine yönelik çalışmalar bunların en önemli bölümünü oluşturmaktaır. Biliniği gibi yanma işleminin iyileştirilmesi ile; motorun veriminin yükseltilmesi yanına çevre kirliliği e azaltılmış olmaktaır. Bu neenle son yıllara izel motorlarına yanma işlemini iyileştirmeye yönelik; hem yapısal (konsrüktif) çalışmalar, hem e yakıtlarla ilgili çalışmalar sürürülmekteir. Yapısal çalışmalar arasına yanma oasının şeklinin geliştirilmesi, supap sayısının ve supap kesit alanının arttırılması, püskürtme sistemineki üzenlemeler ve geliştirmeler, turboşarj uygulamasının yaygınlaşması vb. yer almaktaır. Yakıtlarla ilgili çalışmalara ise; mevcut yakıtların aha ekonomik kullanımı ve eğişik alternatif yakıtlar ile ilgili çalışmalar örnekler olarak verilebilir [1]. Bu bağlama son yıllara etanolün hem benzin hem e izel motorlarına kullanımı ile ilgili çok eğişik çalışmalar yapılmıştır [2-10]. Biliniği gibi etanol çevre kirliliği açısınan temiz bir yakıttır ve etanol oktan sayısı yüksek oluğunan benzine karıştırılarak kullanılmaya uygunur [2, 3]. Buna karşın etanol, setan sayısı çok üşük oluğunan, oğruan izel yakıtına karıştırılarak pek kullanılmamaktaır. Bu neenle izel motorlarına etanolün kullanılmasına, çoğunlukla fumigasyon yöntemi yeğlenmekteir. Literatüre etanol fumigasyonunun irekt püskürtmeli izel motoruna uygulanması ile ilgili bazı çalışmalar yapılmıştır [4-10]. Bununla birlikte etanol fumigasyonunun inirekt püskürtmeli (ön yanma oalı) izel motorlarına uygulanması ile ilgili her hangi bir çalışmaya ulaşılamamıştır. Aslına literatüre alternatif yakıtların ön yanma oalı izel motorlarına kullanımı ile ilgili çalışmalar çok sınırlıır [11]. Bu neenle sunulan çalışmaa, eğişik bir uygulama olarak, ön yanma oalı turboşarjlı bir izel motorlarına etanol fumigasyonunun etkileri eneysel olarak incelenmiştir. 2. Deneysel Çalışma Sunulan çalışmaa; turboşarjlı ön yanma oalı bir izel motoruna etanol fumigasyonunun etkilerini eneysel olarak incelenmek amacı ile Cussons firması tarafınan üretilmiş olan bir eney sistemi kullanılmıştır. Buraa yükleme su freni ile yapılmakta, yakıt tüketimi kütlesel olarak ölçülmekte, ayrıca p- basınç-krank açısı ve p-v basınç-hacim (inikatör) iyagramları belirlenebilmekteir. Deneylere kullanılan motorun teknik özellikleri Tablo 1 e 447

3 verilmiştir. Şekil 1 e görülebileceği gibi eney sistemine ayrıca Cussons firması tarafınan üretilmiş olan bir eksoz gazı kalorimetresi e eklenmiştir. Deney sistemine ortam sıcaklığı, yağlama yağı sıcaklığı, yakıt sıcaklığı, soğutma suyu giriş ve çıkış sıcaklıkları, eksoz sıcaklığı, eksoz kalorimetresinen geçen eksoz gazlarının giriş ve çıkış sıcaklıkları ve soğutma suyunun eksoz gazı kalorimetresine giriş ve çıkış sıcaklıkları K tipi termokupullar yarımı ile ölçülebilmekteir. Deney sistemine azot oksit (NO) konsantrasyonu ve eksozaki oksijen miktarı (% olarak) Horiba tarafınan üretilmiş olan MEXA-720 NO x eksoz gazı analiz cihazı ile belirlenebilmekteir. Ayrıca, az önce e belirtiliği gibi; sunulan çalışmaa silinir basıncı bir basınç sensörü ile algılanabilmekte, arınan algılanan basınç verileri bir veri toplama kartı (ata akuzeyşin kartı) ile bilgisayara aktarılabilmekte ve böylece inikatör iyagramı ele eilebilmekteir. Yalnız etanol eneyleri yapılırken 2. Açıklık ve 6. Açıklık urumlarına eneylere kullanılan basınç sensörünün uyarlılığına bir azalma oluğu gözlenmiştir. Bu neenle söz konusu sensör yenisi ile eğiştirtmiş ve belirtilen urumlar için basınç verilerinin belirlenmesine ilişkin eneysel çalışmalar, sonraan, yenien yapılmıştır. Sunulan çalışmaa, sayfa sınırlaması sorunu neeni ile eneysel olarak belirlenen bu p-v ve p- iyagramlarınan ancak birkaç örnek sunulabilmiştir. Söz konusu motora ısı engesi ve ısı analizi ile ilgili başka bir yayının a hazırlıkları yazarlar tarafınan sürürülmekteir. Bu konua hazırlanacak olan yayına belirtilen iyagramların ve ilgili yorumların aha ayrıntılı biçime sunulması planlanmaktaır. Motor Strok hacmi ve silinir sayısı Çap ve strok Sıkıştırma oranı ve püskürtme basıncı Maksimum güç Maksimum moment Biyelin eksenler arası uzunluğu Tablo 1. Deney motorunun teknik özellikleri For XLD 418 T, turboşarjlı ön yanma oalı [litre], 4 82 ve 82.5 [mm] 21.5, 150 [bar] 55 [kw], 4500 [/] a 152 [Nm], 2200 [/] a 130 [mm] Fumigasyon eneylerine başlamaan önce; her gaza ve evir sayısına saf izel yakıtı için eneyler yapılmıştır. Daha sonra Şekil 1 e görülüğü gibi, emme kanalına bir basit karbüratör eklenerek etanol fumigasyonu eneyleri gerçekleştirilmiştir. Kullanılan karbüratörün hava ve gaz kelebekleri sökülmüş ve iğer yarımcı onanımları a evre ışı bırakılmıştır. Karbüratörün hava girişi uygun bir ara parça ve şekil eğiştirebilir bir hortumla hava sızırmayacak biçime hava tüketiminin ölçümüne kullanılan hava tankının çıkışına bağlanmıştır. Etanol fumigasyonu oranları; yazarlar tarafınan özel olarak tasarlanıp üretilmiş olan ve karbüratör ana memesinin kesitini eğiştirebilen ince işli bir ayar viası aracılığı ile ayarlanmıştır. Sunulan çalışmaa, eneyler tam (1/1) gaz, üç çeyrek (3/4) gaz ve yarım (1/2) gaz gibi üç ayrı gaz kolu konumuna ve farklı evir sayılarına yapılmıştır. Her gaz kolu konumu için 6 farklı evir sayısı seçilmiştir. Önce saf izel yakıtı için eneyler yapılmıştır. Doğal olarak saf izel yakıtı urumuna emme kanalına karbüratör bulunmamaktaır. Daha sonra emme kanalına ana meme kesiti eğiştirilebilen basit karbüratör eklenerek fumigasyon eneyleri gerçekleştirilmiştir. Fumigasyon eneylerine 6 farklı ana meme ayarı urumuna (6 farklı etanol memesi açıklığına) eğişik etanol fumigasyonu oranları sağlanmıştır. Fumigasyon eneylerinin başlangıcına önce (1/1, 3/4 veya 1/2 gazlaran biri için) gaz kolu konumu seçilmiştir. Örneğin gaz kolu konumu tam gaza ( kolu konumuna) getirilikten sonra karbüratör açıklığı önce yaklaşık olarak % 2 ye yakın etanol oranını verecek şekile ayarlanmıştır. Böylece belirli gaz kolu konumu ve ana meme açıklığı için, evir sayısı yüklemenin eğiştirilmesi ile, 1500 [/] an 4000 [/] ya kaar 500 [/] lık aımlara ayarlanarak eneyler yapılmıştır. Belirirli bir ayar urumu için evir sayısı eğiştirilikçe karbüratör açıklığı aynı kalmakta ve oğal olarak basit karbüratörün çalışma ilkesi gereği karışım oranı eğişmekteir. Yani aynı açıklıkta üşük evirlere karışım oranı yaklaşık % 1 e enk gelirken yüksek evirlere yaklaşık olarak % 2.5 e karşılık gelmekteir. Karbüratör açıklığına göre yaklaşık karışım oranı belirlenirken genellikte ( ) [/] a % 2 oranı sağlanmaya çalışılmıştır. Daha sonra yine gaz kolu konumu tam gaz urumuna iken tekrar karbüratör açıklığı eğiştirilmiştir. ( ) [/] a 2. Açıklıkta ise yaklaşık % 4 lük karışımı verecek şekile ayarlama yapılmıştır. Böylece tam gaza 6 açıklık için eneyler gerçekleştirilmiştir. Daha sonra gaz kolu 3/4 gaza ayarlanarak yukarıakine benzer eneyler söz konusu gaz kolu konumu için tekrarlanmıştır. Son olarak a 1/2 gaz için aynı eneyler yapılmıştır. Doğal olarak; sabit gaz kolu konumlarına, ana meme açıklık ayarına göre, izel yakıtı yanına ek fumigasyon yakıtı a kullanılmaktaır. Öte yanan eneysel verilere hata analizini uygulayabilmek için her eğer 3 er kez ölçülmüştür. Böylece 3 farklı gaza 6 evir sayısına ve 6 açıklıkta olmak üzere toplam 324 eney ve saf izel yakıtı urumuna ise, yine aynı şekile 3 gaza 6 evir sayısına 3 er ölçüm alınığı için, 54 eney yapılmıştır. Sonuçta 6 fumigasyon urumu ile birlikte sunulan çalışmaa toplam olarak 378 tane eney gerçekleştirilmiştir. 448

4 hava etanol hava venturi borusu iğne ana jet etanol ayarlama viası emme kanalı (etanol-hava karışımı) Şekil 1. Deney sisteminin şematik görünüşü. 1-yakıt ölçme ünitesi, 2-sıcaklık göstergesi, 3-hız, 4-kuvvet, (5-6)- yükleme ünitesi, 7-başlatma üğmesi, 8-eğik manometre, 9-rotametre, 10-yağlama yağı basıncı, 11-emme manifolunaki basınç, 12-gaz kolu, 13-hirolik inamometre, 14-motor, 15-soğutma ünitesi, 16-basınç sensörü ara yüzey ünitesi, 17-termokupullar, 18-eksoz gazı kalorimetresi, 19-NOx analiz cihazı, 20- osiloskop, 21-elektronik inikatör ünitesi, 22-veri toplama kartı, 23-bilgisayar, 24-etanol tankı, 25-ölçekli cam tüp, 26-şekil eğiştirebilir boru, 27-karbüratör. Yenien özetlemek gerekirse, yukarıa açıklanığı gibi saf izel yakıtı eneylerinen sonra karbüratör ana memesini kontrol een ayar viası 1. açıklık urumuna getirilmiştir ve bu açıklıkta evir sayısı, yüklemenin ayarlanması ile, 1500 [/] an 4000 [/] ya kaar eğiştirilerek gerekli ölçümler yapılmıştır. Daha sonra tüm eneyler iğer açıklıklar ve gaz kolu konumları için benzeri şekile tekrarlanmıştır. Böylece etanol fumigasyonunun motor karakteristikleri ve eksoz emisyonları üzerineki etkileri; evir sayısının yanına eğişik gazlara a belirlenmiştir. Söz konusu gazlara, seçilen evir sayılarına ve seçilen açıklıklara ele eilen etanol fumigasyonu oranları Tablo 2-4 te evir sayılarına göre verilmiştir. Bu tablolara ve aşağıaki şekillere; örneğin 1. A EF kısaltması 1. karbüratör ana meme açıklığınaki etanol fumigasyon oranlarını göstermekteir. Seçilen gaz konumlarına, özellikle 1/1 ve 3/4 gaz konumlarına, ana meme açıklıkları etanol fumigasyon oranları % 15 i geçmeyecek şekile ayarlanmıştır. Çünkü yüksek fumigasyon oranlarına izel vuruntusu sorunu ile karşılaşılabilir. Ancak sunulan çalışmaa yapılan eneylere seçilen açıklıkların hiçbirine herhangi bir vuruntu urumu gözlenmemiştir. 449

5 2.1. Deneysel ölçümlerin eğerlenirilmesi Motor karakteristiklerinin belirlenmesi Deney sonuçlarının saf izel yakıtı ve etanol fumigasyonu için eğerlenirilmesine ayrıntıları Durgun [3, 12] a verilmiş olan hesap yöntemi uygulanmıştır. Buraa uygulanan hesap yöntemi yalnızca ana hatları ile kısaca tanıtılacaktır. Motor milinen ele eilen efektif güç stanart koşullara önüştürülmüş ve nem üzeltmesi yapılmış olarak N e [kw] 0,1013 M p 0 T 0 /293X nem bağıntısınan hesaplanmıştır. Buraa [ra/s] açısal hız, n [/] motor evir sayısı ve M [Nm] önürme momenti, p 0 ve T 0 ortam basıncı ve sıcaklığı ve X nem nem üzeltme faktörüür. Kullanılan eney sistemine motorun yakıt tüketimi kütle yöntemine göre belirlenmekteir. Sunulan çalışmaa 40 [gr] izel yakıtının harcanma süresi ölçülmüş ve bu süre boyunca tüketilen etanol miktarı ise ölçekli bir cam tüpten belirlenmiştir. Bu uruma özgül yakıt tüketimi (ÖYT) aşağıaki gibi hesaplanmıştır. (m m e )3600 (40 V e be[kg/kwh] e ) (2) 1000 tn e 1000Δ tn e Buraa m ve m e [gr] harcanan izel yakıtının ve etanolün [gr] olarak miktarlarını (kütlelerini), t [s] ise 40 [gr] izel yakıtının harcanma süresini V e [ml] t süresince harcanan etanolün hacmini ve e [kg/m 3 ] etanolün yoğunluğunu göstermekteir. Etanol fumigasyonu için karışımın yoğunluğu, stokiyometrik hava miktarı ve karışımın alt ısıl eğeri aşağıaki bağıntılaran belirlenmiştir [2]. xe e x (kg/m 3 ) fum 100 h min,fum xe eh min,e x h min, xe e x H u,fum xe ehu,e x H u, (xe e x ) (3) (4) (5) Tablo 2. kolu konumuna farklı karbüratör açıklıkları için belirlenen etanol fumigasyon oranları n [/] 1. A EF [%] 2. A EF [%] 3. A EF [%] 4. A EF [%] 5. A EF [%] 6. A EF [%] Tablo 3. 3/4 gaz kolu konumuna a farklı karbüratör açıklıkları için belirlenen etanol fumigasyon oranları n [/] 1. A EF [%] 2. A EF [%] 3. A EF [%] 4. A EF [%] 5. A EF [%] 6. A EF [%] (1) 450

6 Tablo 4. 1/2 gaz kolu konumuna farklı karbüratör açıklıkları için belirlenen etanol fumigasyon oranları n [/] 1. A EF [%] 2. A EF [%] 3. A EF [%] 4. A EF [%] 5. A EF [%] 6. A EF [%] Bu bağıntılara x e ve x etanolün ve izel yakıtının hacimsel oranları, e ve etanolün ve izel yakıtının yoğunluklarıır. Sunulan çalışmaa yakıtların alt ısıl eğerleri Meneleyev formülünen yaralanılarak hesaplanmıştır [14] Hata analizi Sunulan çalışmaa tüm ölçümler 3 er kez yapılmıştır. Ölçülen eğerlere, Durgun [12] tarafınan verilen, Kline ve McClintock un [13] yöntemi uygulanarak hata analizi gerçekleştirilmiş. Hata analizine, her bir büyüklük için 3 er kez ölçüm yapılığınan, eney sonuçlarına aşağıaki gibi Stuent s-t ağılımı uygulanmıştır. Δ t n Buraa n ölçüm sayısı ve =n-1 serbestlik erecesiir. Sunulan çalışmaa her ölçüm 3 er kez tekrarlanığı için n=3 ve serbestlik erecesi =n-1=2 ir. Böylece % 5 anlamlılık üzeyi olasılığı % 95 tir ve t eğeri ilgili tablolaran =2 için t=0.403 olarak ele eilmiştir. Çeşitli terimlereki hatalar, iyi bilinen eneysel verilerin analizi yöntemi uygulanarak, belirlenmiştir. Örneğin moment eğerlerinin belirsizlik aralığı % (0.5-5) olarak bulunmuştur. Efektif güç, ÖYT ve efektif verim gibi türetilmiş büyüklükler için e hata analizi uygulanmıştır. Kline ve McClintock un yönteminin kullanılığı hata analizi sonuna örneğin efektif güçteki belirsizlik aralığının % ( ) oluğu belirlenmiştir. Diğer hata analizi sonuçları a inceleniğine temel ölçümlerin tahmin eilen hatalarının, ayrıca ÖYT ve efektif verimeki belirsizliklerin % ( ) aralığına oluğu açıkça görülebilir. Buraan temel büyüklüklerin ölçülmesineki ve türetilmiş büyüklüklereki tahmin eilen hataların sonuçların belirsizliğini belirgin şekile etkilemeyeceği söylenebilir. 3. Sonuçlar ve Değerlenirmeler Sunulan çalışmaan ele eilmiş olan sonuçların bazı örnekleri; aşağıa şekiller ve tablolar biçimine özetlenmiştir. Bu şekillerin ve tabloların incelenmesine ve eğerlenirilmesine geçmeen önce; fumigasyon yönteminin tanıtılmasına ve bu yöntemin izel yanması üzerineki olası etkilerinin kısaca açıklanmasına yarar görülmekteir. Fumigasyon yöntemine; hafif yakıt (sunulan çalışmaa etanol) yukarıa açıklanan özelliklereki bir karbüratör veya bilgisayar kontrollü bir yakıt püskürtme onanımı aracılığı ile emilmekte olan havanın içerisine püskürtülmekteir. Böylece hafif yakıt-hava karışımı sıkıştırma işlemi boyunca sıkıştırılmakta ve buharlaşarak tutuşmaya hazır uruma gelmekteir. Ancak etanol (veya benzin) keni kenine kolay tutuşamaığınan yanamamaktaır. Sıkıştırmanın sonuna oğru, püskürtme avansı altına, izel yakıtı bu karışımın içerisine püskürtülmekteir. Tutuşma gecikmesi sonuna, bu süre boyunca birikmiş olan izel yakıtı, keni kenine tutuşarak anien yanmaktaır. Bu sıraa hafif yakıt tamamen buharlaşmıştır ve yanma için bir kıvılcım beklemekteir. yakıtının anien yanması; buharlaşmış, tutuşmaya hazır bu hafif yakıt-hava karışımının yanmasına kıvılcıma benzer bir işlev görmekteir. Böylece tutuşma gecikmesinen sonra izel yakıtının keni kenine tutuşmasının arınan oluşan yanmış gazların etkisi ile çevreeki hafif yakıt-hava karışımının çok hızlı bir biçime yanığı tahmin eilmekteir. Bu uruma hafif yakıtın anien yanmasının ek gaz hareketleri oğurabileceği ve sonuçta aha sonra püskürtülen izel yakıtının hava ile çok aha hızlı ve homojen biçime karışabileceği üşünülmekteir [14, 7]. Biliniği gibi izel motorlarına yanma işlemi izel yakıtı ile havanın hızlı ve homojen karışması ile kontrol eilmekteir [15, 16]. Yanma işlemi ise motorun karakteristiklerini etkileyen en önemli işlemir. Yakıt-hava karışımının bu ek gaz hareketleri ile iyileştirilmesi; yanma işleminin e üzeleceği ve motorun performans parametrelerinin iyileşebileceği ve çevre kirliliğinin azalacağı anlamına gelmekteir [15]. Fumigasyon yönteminin (6) 451

7 ve olası etkilerinin bu kısa açıklanmasınan sonra, etanol fumigasyonu eneylerinin ayrıntılı eğerlenirilmesine ve irelenmesine geçebiliriz. Şekil 2 (a-c) e görülüğü gibi her üç gaz kolu konumuna, seçilen etanol fumigasyon aralıklarının tümüne; NO konsantrasyonları saf izel yakıtınan üşük çıkmıştır. Böylece NO konsantrasyonuna yaklaşık olarak % 10 üzeyine azalma belirlenmiştir. Bu urumun, yukarıa ayrıntılı şekile açıklanığı gibi, fumigasyon yönteminin yanmayı iyileştirmesinen kaynaklanığı söylenebilir. Yani hafif yakıtın anlık yanmasının ek gaz hareketleri oğurabileceği ve sonuçta aha sonra püskürtülen izel yakıtının hava ile çok aha hızlı ve homojen biçime karışabileceği üşünülmekteir. Bunun sonuna yanma, yanma oasına yayılığınan noktasal yüksek (pik) sıcaklık eğerleri oluşmayacağı için NO oluşumunun azalacağı, öte yanan yakıtça zengin bölgeler küçüleceğinen is oluşumunun a azalacağı tahmin eilmekteir. Ayrıca eğişik kaynaklara fumigasyon yöntemine benzer bir uygulamanın yapılığı HCCI (Homojen Dolgulu Sıkıştırma Ateşlemeli) motorlara a aynı neenlerle NO ve is oluşumunun azalığı belirtilmekteir [17]. Bunun yanına etanolün kimyasal yapısına bulunan oksijenin e yanma üzerineki olası olumlu etkisinin NO konsantrasyonunun azalmasına katkı sağlayacağı tahmin eilmekteir [7]. Şekil 3 (a-c) e eney sisteminen ele eilen p- iyagramlarınan biri örnek olarak verilmiştir. Buraa sonuçların aha iyi görülebilmesi amacı ile, verileri aha iyi oluğu için sonuçlar bölümüne kullanılması önerilen açıklıklarla ilgili eğerler, Şekil 3 a ve 3b e sunulmuştur. Bütün açıklıkların yer alığı eğriler ise Şekil 3c e verilmiştir. Şekil 3a a görülüğü gibi etanol fumigasyonu urumuna; silinir basınçları yanmanın başlaığı anan ÜÖN yı (15-20) o KMA geçene kaar izel yakıtınan aha yüksek eğerler almakta ve aha sonra ise aha üşük olmaktaır. Bu şekilen ayrıca etanol fumigasyonu ile yanmanın aha erken başlaığı ve ÜÖN civarına aha fazla enerji açığa çıktığı görülmekteir. İeal gaz enklemi gereği sıcaklıkların basınçlarla orantılı olacağı varsayılabilir. Bu uruma etanol fumigasyonu ile sıcaklıkların genişleme işleminin başlangıcına (karışım kontrollü yanma evresinin sonuna oğru ve son yanma evresine) aha üşük olacağı tahmin eilebilir. Bunun sonucuna a NO konsantrasyonunun azalacağı söylenebilir. Şekil 3b e sonuçların aha iyi görülebilmesi için ÜÖN an sonra (50-300) o KMA arasınaki basınç eğişimleri verilmiştir. Bu şekile e; eğişimlerin aha iyi görülebilmesi amacı ile, sonuçların aha iyi oluğu ve sunulan makalenin sonuna uygulanması önerilen açıklıklaraki basınç eğerleri sunulmuştur. Söz konusu şekilen; ÜÖN yı (40-50) o KMA geçtikten sonra, fumigasyon urumuna bulunan basınçların yenien saf izel yakıtının üstüne çıktığı görülmekteir. Sıcaklığın basınçla orantılı oluğu üşünülürse; etanol fumigasyonu urumuna, sıcaklıkların genişleme işleminin sonlarına oğru ve eksoz işlemi boyunca saf izel yakıtınan yüksek olacağı söylenebilir. Bu urumun; etanolün saf izel yakıtına ek olarak emme manifolunan geçmekte olan havanın içerisine püskürtülmesi sonucuna, yanma ile silinire aha fazla ısı sokulmasınan kaynaklanığı açıktır. Bütün açıklıkların yer alığı basınç eğrileri ise Şekil 3c e sunulmuştur. Söz konusu şekilen; etanol fumigasyonu ile silinir basıncının yanma işleminin başlarına (ilk yanma evresi olarak bilinen tutuşma gecikmesi evresine ve 2. yanma evresi olarak bilinen karışım kontrollü yanma evresinin başlarına) yüksek eğerler alığı, ÜÖN an (15-20) o KMA sonra (yani karışım kontrollü yanma evresinin sonuna oğru ve son yanma evresine) azalığı ve ÜÖN yı (40-50) o KMA geçtikten sonra ise yenien arttığı görülmekteir. Tutuşma gecikmesi sonuna ve karışım kontrollü yanma evresinin başlarına basıncının yüksek çıkması şöyle açıklanabilir: Etanol fumigasyonu ile tutuşma gecikmesi artacağınan, tutuşma gecikmesi süresince biriken yakıt miktarının artacağı ve bu yakıtın anien yanması sonucuna a basıncın hızla yükseleceği tahmin eilebilir [5, 7-10]. Ayrıca, en önemlisi, tutuşma gecikmesinen sonra izel yakıtı emetinin çevresine bulunan etanol-hava karışımının çok hızlı biçime yanacağı üşünülebilir. Böylece hem tutuşma gecikmesi süresince aha fazla izel yakıtının yanması ver hem e aha sonra etanol-hava karışımının tamamının anien yanması neenleri ile basınçlar saf izel yakıtınan aha yüksek olmaktaır. Bununla birlikte şekilleren, yanma ilerleikçe maksimum basınçların izel yakıtına yaklaştığı ve bu maksimum basınçların hemen hemen aynı açılara oluştuğu görülmekteir. Bunun arınan yanma aha a ilerleikçe, yaklaşık olarak ÜÖN an (15-20) o KMA sonra, etanol fumigasyonu urumuna basınçlar saf izel yakıtına göre aha üşük eğerler almaya başlamaktaır. İşte bu bulgular etanol fumigasyonunun iyileştirici etkilerini aha iyi açıklamaktaır. Çünkü karışım kontrollü yanma evresine püskürtülen izel yakıtı; etanol-hava karışımının anien yanması sonucu oluşan ek gaz hareketlerinin etkisi ile, hava ile hızlı ve homojen olarak karıştığınan, yanma iyileşmekteir. Hem yanmanın ÜÖN civarına olmasınan ve hem e aha sonraki yanma işleminin iyileşmesinen olayı; fumigasyon urumuna Şekil 3 e görülebileceği gibi; p-v iyagramının artı bölümünün alanı yani inike iş artmaktaır. Başka bir anlatımla etanol fumigasyonu sonucuna inike güç ve olayısı ile efektif güç artmaktaır. Literatüren tutuşma gecikmesi aşamasına, vuruntu yaratmayacak şekile, fazla miktara yakıtın yakılmasının motorun gücünü artıracağı ve yakıt tüketimini azaltacağı bilinmekteir [5, 7, 10, 14, 18]. 452

8 NO konsantrasyonu [ppm] A EF (a) NO konsantrasyonu [ppm] /4 gaz (b) NO konsantrasyonu [ppm] /2 gaz Şekil 2. (a-c) 1/1, 3/4 ve 1/2 gaz kolu konumlarına farklı etanol fumigasyon oranlarına NO konsantrasyonunun evir sayısına göre eğişimleri (c) Şekil 4 (a-c) e görülüğü gibi, 1/1 ve 3/4 gaz kolu konumlarına eksoz sıcaklığı etanol fumigasyonu ile artmaktaır. Bu artışın olası neenleri aha önce sunulan Şekil 3b en yaralanarak açıklanabilir. Bu şekile açıkça görülebileceği gibi; etanol fumigasyonu ile, ÜÖN yı yaklaşık (40-50) o KMA geçtikten sonraki eksoz sıcaklıkları saf izel yakıtınan aha yüksek eğerler almaktaır. Bu urumun yukarıa a belirtiliği gibi, etanolün saf izel yakıtına ek olarak emme manifoluna püskürtülmesi sonucuna silinire yanma ile aha fazla yakıt ısısının sokulmasınan kaynaklanığı açıktır. Fakat 1/2 gaz kolu konumuna, etanol fumigasyonu urumuna eksoz sıcaklıkları saf izel yakıtınan aha üşük çıkmıştır. Şekil 4 (-f) e e görülüğü gibi yağlama yağı sıcaklığı 1/1, 3/4 ve 1/2 gaz kolu konumlarına etanol fumigasyonu ile genel olarak azalmaktaır. Yağlama yağı sıcaklığı, kolu konumuna üşük evirlere saf izel yakıtınan yüksek olmakla birlikte yüksek evirlere tüm fumigasyon oranlarına saf izel yakıtınan aha üşük eğerler almaktaır. 3/4 gaz kolu konumuna 1., 5. ve 6. açıklık urumlarına ise yağlama yağı sıcaklığının; izel yakıtınan aha yüksek, iğer açıklık urumlarına ise üşük oluğu görülmekteir. Buna karşın 3500 [/] an sonra tüm açıklıklara yağlama yağı sıcaklığı yine izel yakıtınan üşük eğerler almaktaır. 1/2 gaz kolu konumuna ise yağlama yağı sıcaklığı genel olarak fumigasyon oranı ile azalmaktaır. Şekil 5 (a-c) e üç gaz kolu konumu için eksozaki oksijen oranının eğişimleri gösterilmiştir. Buraan görülebileceği gibi 1/1 ve 3/4 gaz kolu konumları için seçilen etanol fumigasyonu urumlarının hemen hemen tümüne oksijen oranları azalmaktaır. Sunulan çalışmaa yanma oasına püskürtülen izel yakıtının miktarına herhangi bir eğişiklik olmamaktaır ve etanol emme kanalınaki havanın içerisine ek olarak püskürtülmekteir. Buraa emilen hava miktarının yaklaşık olarak eğişmeiği varsayılabilir. Ancak etanolün emme kanalına kısmen buharlaşması neeniyle sıcaklıklar azalacağınan karışımın yoğunluğunun ve olayısı ile emilen taze olgu miktarının artacağı tahmin eilebilir. Başka bir eyişle etanol fumigasyonu ile volumetrik verimin artacağı söylenebilir [5]. Bu bilgilerin ışığı altına eksozaki oksijen oranının azalması neenini aşağıaki gibi açıklayabiliriz: Etanol fumigasyonu ile emme kanalına eklenen etanolü yakmak için havanın oksijeninin bir bölümünün kullanılması gerekmekteir. Ayrıca izel yakıtını yakmak için e saf izel yakıtına eşeğer miktara oksijen harcanmaktaır. Böylece etanol fumigasyonunun bu olumlu ve olumsuz iki etkisi birbirini engeleyerek 453

9 sonuçta saf izel yakıtı urumunan aha fazla oksijen kullanılmış olmaktaır. Ayrıca etanol eklenmesi ile yanma iyileştiğinen, yanmaan ışarı atılabilecek yakıt-hava karışımı oranının azalabileceği söylenebilir. Etanol fumigasyonu ile yanmanın iyileşmesi sonucu efektif gücün ve verimin e arttığı aşağıaki şekilleren görülebilmekteir. Öte yanan Şekil 5c e görülüğü gibi 1/2 gaz konumuna eksozaki oksijen oranı saf izel yakıtınan yüksek çıkmaktaır. Buraan a; 1/2 gaz urumuna izel yakıtı miktarı az oluğunan oksijenin bir bölümünün yanmaa kullanılmaığı ve oğruan oğruya eksoz gazları ile ışarı atılığı söylenebilir. Çünkü 1/2 gaza hava zaten bolur ve etanolün oksijenine ve ek gaz hareketlerine pek gerek kalmamaktaır. Bu neenle 1/2 gaz kolu konumuna etanol fumigasyonunun yararlı etkisi pek fark eilememekteir. Zaten aşağıaki şekillere görülebileceği gibi 1/2 gaz kolu konumuna seçilen etanol fumigasyon açıklıkları için efektif güç ve efektif verim çoğunlukla azalmaktaır. Basınç [bar] Basınç [bar] Saf izel n=2500 [/] KA [erece] n=2500 [/] KA [erece] (a) (c) Basınç [bar] Basınç [bar] KA [erece] (b) n=2500 [/] Hacim [cm 3 ] () n=2500 [/] Şekil 3. (a-) kolu konumuna farklı etanol fumigasyon oranlarına basıncın krank mili açısına ve hacme göre eğişimleri Eksoz gazı sıcaklığı [ o C] (a) Eksoz sıcaklığı [ o C] /4 gaz (b) 454

10 Eksoz gazı sıcaklığı [ o C] /2 gaz Yağlama yağı sıcaklığı [ o C] Yağlama yağı sıcaklığı [ o C] /4 gaz (c) (e) Yağlama yağı sıcaklığı [ o C] Şekil 4. (a-c) 1/1, 3/4 ve 1/2 kolu konumlarına farklı etanol fumigasyon oranlarına eksoz gazı sıcaklığının evir sayısına göre eğişimleri. (-e) 1/1, 3/4 ve 1/2 gaz kolu konumuna yağlama yağı sıcaklığının evir sayısına göre eğişimleri. Şekil 6 (a-c) e görülüğü gibi efektif güç; 1/1 ve 3/4 gaz konumlarına seçilen fumigasyon oranlarına artmakta, 1/2 gaz kolu konumuna ise tüm etanol fumigasyon oranlarına azalmaktaır. Benzer şekile Şekil 7 (a-c) e görülüğü gibi; efektif verim, 1/1 ve 3/4 gaz kolu konumlarına artmakta ve 1/2 gaz kolu konumuna ise çoğunlukla azalmaktaır. kolu konumuna Şekil 6a a görülüğü gibi, genel olarak 5. ana meme açıklığına kaar efektif güç artmaktaır. Bu açıklıklar genel olarak % (5-8) fumigasyon oranlarına karşılık gelmekteir. Böylece yüksek fumigasyon oranlarına fumigasyonun yararlı etkisinin yavaş yavaş azalmaya başlaığı tahmin eilmekteir. 3/4 gaz kolu konumuna ise seçilen tüm açıklıklara efektif güç artmaktaır. Efektif güçteki iyileşme aha önce sunulan Şekil 3a an yaralanarak aha iyi açıklanabilir. Söz konusu şekilen e görülüğü gibi etanol fumigasyonu ile yanma, saf izel yakıtına göre aha erken başlamakta ve ÜÖN civarına aha fazla enerji açığa çıkmaktaır. Biliniği gibi yakıtın mümkün oluğu kaar fazla bölümünün ÜÖN civarına yanması istenir ve bu uruma motor performansı iyileşir [5, 10]. Böylece motor performansına belirtilen iyileşmenin oluştuğu söylenebilir. Fakat asıl iyileşmeyi; etanolün anlık yanmasının oğuruğu akım karışıklıklarının, karışım kontrollü yanma evresine oluşturuğu hızlı ve homojen yanmaır. Efektif güç 1/2 gaz kolu konumuna ise çoğunlukla azalmaktaır. Bu gaz kolu konumuna efektif güç, 3. ve 5. açıklık urumlarına saf izel yakıtına çok yakın eğer almakta, aynı açıklıklara özellikle yüksek evirlere saf izel yakıtına aha a yaklaşmaktaır. 1/1 ve 3/4 gaz kolu konumlarına efektif güçteki artma oranları, özellikle tam gazaki artma oranı, beklenenen aha üşük çıkmıştır. Böyle bir urumla karşılaşılmasının olası neenleri şöyle açıklanabilir: Sunulan çalışmaa eneylere kullanılan motor turboşarjlı ve ön yanma oalı bir izel motoruur. Biliniği gibi; ön yanma oalı izel motorlarına ana yanma oasının yaklaşık % 30 u büyüklüğüneki bir ön yanma oası a bulunmaktaır ve ön yanma oasına ön yanma sonucu oluşan yarı yanmış gazların bu ilk yanmanın basıncının etkisiyle ana yanma oasına püskürmesinin etkisi ile yakıt ve yarı yanmış gazlar hava ile aha iyi ve homojen bir şekile karışmaktaır. Bu neenle etanol fumigasyonunun yukarıa açıklanan yararlı etkileri ön yanma oalı izel motorlarına pek kenini gösterememekteir. Kuşkusuz söz konusu iyileşmeler ön yanma oalı izel motorlarına a oluşmaktaır. 1/2 gaz () (f) 455

11 Fakat buraa ön yanma oası etanolün anlık yanması sonucu oluşan akım karışıklıklarının benzeri etkiyi zaten yapmaktaır. Yine e yüksek evirlere ve 1/1 ve 3/4 gaz kolu konumlarına etanol fumigasyonu urumuna motor karakteristiklerinin (efektif güç, efektif verim vs) iyileştiği görülmekteir. Bununla birlikte irekt püskürtmeli izel motorlarına etanol fumigasyonunun motor karakteristikleri üzerineki olumlu etkilerinin tüm gaz konumlarına aha belirgin olacağı tahmin eilebilir [7, 9, 10]. Şekil 6 e görülüğü gibi, etanol fumigasyonu ile hava fazlalık katsayısı azalmakta, başka bir anlatımla ekivalans oranı artmaktaır. Bunun sonucuna yüksek fumigasyon oranlarına yanmanın bozulması beklenebilir. Bu neenle 3/4 gaz kolu konumuna iğer gaz kolu konumlarına göre aha iyi sonuçlar çıkmaktaır. Bu olumsuzluğu önlemek için; fumigasyon oranı arttırılırken izel yakıtının kütlesi en uygun hava fazlalık katsayısını sağlayacak şekile azaltılmalıır. Söz konusu ayar uygun şekile programlanmış ECU ile gerçeklenebilir. O 2 [%] O 2 [%] /4 gaz (a) (b) O 2 [%] /2 gaz Şekil 5. (a-c) 1/1, 3/4 ve 1/2 gaz kolu konumlarına farklı etanol fumigasyon oranlarına O 2 nin evir sayısına göre eğişimleri Efektif güç [kw] /1gaz (a) Efektif güç [kw] (c) /4 gaz (b) 456

12 Efektif güç [kw] /2 gaz Hava fazlalık katsayısı /4 gaz Şekil 6. (a-c) 1/1, 3/4 ve 1/2 gaz kolu konumlarına farklı etanol fumigasyon oranlarına efektif gücün evir sayısına göre eğişimleri. () 3/4 gaz kolu konumuna farklı etanol fumigasyon oranlarına hava fazlalık katsayısının evir sayısına göre eğişimleri () Şekil 7 (a-f) e her üç gaz kolu konumu için efektif verimin ve ÖYT nin eğişimleri sunulmuştur. Bu şekilleren görülüğü gibi ve 3/4 gaz kolu konumlarına, üşük etanol fumigasyonu oranlarına enk gelen açıklıklara efektif verimin azalığı veya ÖYT nin arttığı görülmekteir. Bu urumun; kullanılan motor turboşarjlı oluğunan, üşük etanol fumigasyonu oranlarına enk gelen açıklıklara etanolün bol hava ile çok fakir bir karışım oluşturmasınan ve bu karışım için (etanol-hava karışımı için) hava fazlalık katsayısının yanma sınırları ışına çıkmasınan kaynaklanığı üşünülmekteir. Yani üşük etanol oranlarına, özellikle % (2-3) ten üşük oranlara, etanolün hava içerisine anlık olarak yanamaığı tahmin eilmekteir. Ayrıca yüksek etanol fumigasyonu oranlarına a, örneğin yaklaşık % (10-12) etanol fumigasyonu oranlarınan sonra, efektif verim azalmaya başlamaktaır. Benzer şekile, Şekil 2 (a-b) e görülüğü gibi, yaklaşık bu fumigasyon oranlarınan sonra NO konsantrasyonu a artmaya başlamaktaır. Bu urumla ilgili kısaca aşağıaki yorumlar yapılabilir: Literatüre belirtiliği gibi; turboşarjsız izel motorlarına en iyi fumigasyon oranının % (4-6) olmasına karşın, sunulan çalışmaa kullanılan turboşarjlı izel motoruna bu oranın % (6-9) oluğu belirlenmiştir [7, 14]. Aslına turboşarjlı uruma silinire aha fazla miktara hava oluruluğunan en uygun hava fazlalık katsayısını sağlamak için; oğal emişli motorlara göre, fumigasyonla aha fazla etanol gönerilmeliir. Böylece aşırı olurmalı motorlara en uygun fumigasyon oranı aha yüksek olmaktaır. Şekil 7 e görülüğü gibi a ÖYT, üşük etanol fumigasyonu oranlarına karşı gelen ilk iki ana meme açıklığına artmakta, fakat bu iki açıklıktan sonra azalmaktaır. Yaklaşık 3300 [/] an yüksek evir sayılarına ise, seçilen tüm açıklıklar için ÖYT artmaktaır. ÖYT; kolu konumuna ve orta evirlere, 4. ve 5. açıklık urumlarına saf izel yakıtınan üşük çıkmıştır. Şekil 6e e görülüğü gibi, 3/4 gaz kolu konumuna a buna benzer sonuçlar ele eilmiştir. Fakat 3/4 gaz kolu konumuna ÖYT neki azalma oranları kolu konumuna göre aha fazla olmuştur. 1/2 gaz kolu konumuna ise; Şekil 7f e görülebiliği gibi, ÖYT 5. açıklık ışına tüm etanol fumigasyonu oranlarına artmaktaır. 3. açıklık urumuna ise ÖYT üşük evir sayılarına artmakta ve yüksek evir sayılarına ise izel yakıtına yakın eğerler almaktaır. Aynı şekilen; 5. açıklık urumuna ÖYT nin tüm evirlere izel yakıtınan üşük oluğu görülmekteir. 3. ve 5. açıklıklara efektif güçteki azalma oranı a nispeten aha üşük olmaktaır. Ayrıca 1/2 gaz kolu konumuna; efektif verim, 5. açıklıkta saf izel yakıtınan yüksek ve 3. açıklık urumuna ise saf izel yakıtına yakın eğerler almaktaır. Bu neenle söz konusu motor 1/2 gaz kolu konumuna çalıştırılacaksa 3. ve 5. açıklığa karşı gelen etanol fumigasyonu tercih eilebilir. Bununla birlikte hem motor karakteristiği ve hem e NO konsantrasyonu açısınan 5. açıklığın uygulanmasının aha iyi olacağı ilgili şekilleren görülebilir. 457

13 Efektif verim Efektif verim A. EF 3/4 gaz (b), (b) Efektif verim /2 gaz (c) ÖYT [kg/kwh] () ÖYT [kg/kwh] A. EF 3/4 gaz , (e) ÖYT [kg/kwh] /2 gaz Şekil 7. (a-f) 1/1, 3/4 ve 1/2 gaz konumlarına farklı etanol fumigasyon oranlarına efektif verimin ve ÖYT nin evir sayısına göre eğişimleri (f) Tablo 5. kolu konumuna farklı etanol fumigasyon oranları için efektif gücün izel yakıtına göre karşılaştırma oranları. 1/1, ( N e /N e )*100 n [/]

14 Tablo 6. 3/4 gaz kolu konumuna farklı etanol fumigasyon oranları için efektif gücün izel yakıtına göre karşılaştırma oranları. 3/4, ( N e /N e )*100 n [/] Tablo 7. kolu konumuna farklı etanol fumigasyon oranları için ÖYT nin izel yakıtına göre karşılaştırma oranları. 1/1, ( b e /b e )*100 n [/] Tablo 8. 3/4 gaz kolu konumuna farklı etanol fumigasyon oranları için ÖYT nin izel yakıtına göre karşılaştırma oranları. 3/4, ( b e /b e )*100 n [/] Tablo 9. kolu konumuna farklı etanol fumigasyon oranları için efektif verimin izel yakıtına göre karşılaştırma oranları. 1/1, ( e / e )*100 n [/] Tablo 10. 3/4 gaz kolu konumuna farklı etanol fumigasyon oranları için efektif verimin izel yakıtına göre karşılaştırma oranları. 3/4, ( e / e )*100 n [/]

15 Tablo 11. kolu konumuna farklı etanol fumigasyon oranları için NO konsantrasyonunun izel yakıtına göre karşılaştırma oranları. 1/1, ( NO/NO)*100 n [/] Tablo 12. 3/4 gaz kolu konumuna farklı etanol fumigasyon oranları için NO konsantrasyonunun izel yakıtına göre karşılaştırma oranları. 3/4, ( NO/NO)*100 n [/] Tablo 13. 1/2 gaz kolu konumuna farklı etanol fumigasyon oranları için NO konsantrasyonunun, efektif gücün ve ÖYT nin izel yakıtına göre karşılaştırma oranları. 1/2, ( NO/NO)*100 ( b e /b e )*100 ( N e /N e )*100 n [/] Yukarıaki şekilleren ve Tablo 5-13 ten görülebileceği gibi; kolu konumuna 4.A ana meme açıklık ayarı ve 3/4 gaz kolu konumuna ise 4. ve 5. ana meme açıklık ayarları tercih eilebilir. Bu urumlara saf izel yakıtına göre efektif güç ve efektif verim eğerleri yüksek ve ÖYT ise üşük olmakta ve ayrıca söz konusu açıklıklara NO konsantrasyonu a üşük eğerler almaktaır. 1/2 gaz kolu konumuna ise 5. açıklığa karşı gelen etanol fumigasyon oranları tercih eilebilir. Bu uruma ÖYT biraz azalmakta, buna karşılık efektif güç çok az üşmekteir. Yine söz konusu motorun uzun süreli kullanımına 3/4 gaz kolu konumuna ve 3000 [/] hızlarına ve 4. ve 5. ana meme açıklığı ayarlarına ( % (6-9) etanol oranına) fumigasyon uygulanmasının hem çevre kirliliği hem e motor karakteristikleri açısınan tercih eilebileceği, sunulan eneysel çalışmaan, anlaşılmaktaır. 4. Sonuçlar Sunulan çalışmaan ele eilen başlıca sonuçlar ve yapılabilecek öneriler aşağıaki gibi özetlenebilir. 1. Deneylere kullanılan motor için; etanol fumigasyonu ile efektif güç kolu konumuna yaklaşık olarak % 5, 3/4 gaz kolu konumuna ise yaklaşık % 3 oranına artmaktaır. 1/2 gaz urumuna ise efektif güç azalmaktaır. 2. Etanol fumigasyonu ile ÖYT kolu konumuna artmakta veya saf izel yakıtına yakın eğerler almaktaır. 3/4 gaz kolu konumuna ise ÖYT ortalama olarak % 2 oranına azalmaktaır. Buna karşılık 1/2 gaz kolu konumuna ise ÖYT artmaktaır. Yalnız 1/2 gaz kolu konumuna 5. açıklıkta, ÖYT ne ortalama olarak % (3.5-4) lük azalma belirlenmiştir. 3. Efektif verim 1/1 ve 3/4 gaz kolu konumlarına ortalama olarak % 4 oranına artmaktaır. 1/2 gaz kolu konumuna ise efektif verim 5. açıklık ışına saf izel yakıtına yakın eğerler almakta veya çok az azalmaktaır. 460

16 4. Her üç gaz kolu konumuna NO konsantrasyonu azalmakta ve kolu konumuna azalma oranı ortalama olarak % 15 ve 3/4 ve 1/2 gaz kolu konumlarına ise % 10 üzeylerine olmaktaır. 5. Etanol fumigasyonu ile; 1/1 ve 3/4 gaz konumlarına eksoz sıcaklığı arttığı için eksoza aktarılan ısı miktarının arttığı, buna karşın yağlama yağı sıcaklığı azalığı için yağlama yağına gien ısının azalığı tahmin eilmekteir. 6. Bu çalışma sonuna ele eilen verilere göre; eneylere kullanılan For XLD 418T motoruna etanol fumigasyonu uygulanırken; [/] aralığına kolu konumuna 4.A, 3/4 gaz kolu konumuna ise 4.A ve 5.A ayarları, 1/2 gaz kolu konumuna ise 5.A ayarı tercih eilebilir. 7. Genel olarak en iyi fumigasyon oranının; hem etanol miktarının hem e püskürtülen izel yakıtı miktarının uygun şekile programlanmış ECU sisteminin kumanası ile, en uygun hava fazlalık katsayısını sağlayacak şekile, ayarlanması sonuna ele eilmesi gerekir. Teşekkür: Öncelikle bu projeyi mai olarak estekleyen Devlet Planlama Teşkilatına ve ayrıca KTÜ Müh. Fak. Makine Mühenisliği Bölümü Motorlar Laboratuvarı Teknisyeni Sayın Şenol DÜBÜŞ e, veri toplama kartı için bilgisayar programını hazırlayan Dr. Elektrik-Elektronik Mühenisi Sayın Mehmet TURHAL a ve eneyler yapılmasına yarımcı olan Öğretim Görevlisi Sayın Coşkun BAYRAM a çok teşekkür eeriz. Kaynaklar [1] Şahin Z., Durgun O., motorlarına püskürtme parametrelerinin motor performansı ve eksoz emisyonları üzerineki etkilerinin sayısal olarak incelenmesi, IV Ege Enerji Sempozyumu Mayıs İzmir, (2008). [2] Durgun, O., Benzin motorlarına etil alkol kullanılması, TMMOB Müh. ve Mak. Derg., 29, 347, 24-26, [3] Kızıltan, E., Motor Yakıtlarına Alkol Katılmasının Motor Performansına Etkisi, Yüksek Lisans tezi, KTÜ Fen Bilimleri Enstitüsü,Trabzon, (1988). [4] Bilgin, A., Durgun, O., Şahin, Z. The effect of iesel-ethanol blens on iesel engine performance, Energy Sources, 24, , (2002). [5] Abu-Quais M, Haa O, Quaisat M. The effect of alcohol fumigation on iesel engine performance an emissions, Energy Conversion an Management, 41: , [6] Rakopoulos, C.D., Antonopoulos, K.A., Rakopoulos Experimental heat release analysis an emissions of a HSDI iesel engine fuele with ethanol iesel fuel blens Energy, 32 (10), , (2007). [7] Şahin, Z., Durgun, O. Theoretical investigation of effects of light fuel fumigation on Diesel engine performance an emissions, Energy Conversion an Management, Vol. 48, pp (2007). [8] Ottikkutti, P. Multizone moeling of a fumigate iesel engine. Ph.D. Thesis, Iowa State University of Science an Technology, Ames, Iowa (1989). [9] Ajav, E.A. an Singh, B. an Bhattacharya, T.K. Thermal balance of a single cyliner iesel engine operating on alternative fuels, Energy Conv. & Management 41 pp (2000). [10] Jiang O., Ottikkutti P., Gerpen J., Van Meter D. The effect of alcohol fumigation on iesel flame temperature an emissions. SAE 1990;900386:1 24, (1990). [11] Turkcan, A., Canakci, M. Experimental investigation of combustion characteristics an emissions of an inirect injection iesel engine uner ifferent operating conitions, Energy & Fuels, 22(2), , (2008). [12] Durgun O. Motorlara eneysel yöntemler, laboratuar ers notları, KTU, Mühenislik Fak. Makine Mühenisliği Bölümü, [13] Holman JP. Experimental methos for engineers, seventh e. McGraw-Hill; (2001). [14] Durgun, O., Sahin, Z, Theoretical investigation of heat balance in irect injection (DI) iesel engines for neat iesel fuel an gasoline fumigation, Energy Conversion an Management, 50,43-51, (2009). [15] Heywoo JB., Internal Combustion Engine Funamentals, New York, McGraw Hill Book Company, (1989). [16] Hsu BD. Practical iesel-engine combustion analysis, USA, SAE International; (2002). [17] Merker, G.P, Schwarz C, Stiesch G ve Otto F. Simulation Combustion, Simulation of Combustion an Pollution Formation for Engine-evelopment, Spinger-Verlag Berlin Heielberg, Germany, (2006). [18] Şahin Z., Durgun O., Bayram C. Experimental investigation of gasoline fumigation in a single cyliner irect injection (DI) iesel engine, Energy, 33 (8), , (2008). 461